Сборное проектирование многоэтажного промышленного здания с неполным каркасом

ОАО РЖД САМАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПУТЕЙ

СООБЩЕНИЙ

КАФЕДРА «СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Строительные конструкции и здания на железнодорожном транспорте»

по теме: «Сборное проектирование многоэтажного промышленного здания с неполным каркасом»

Введение

Железная дорога – это сложная транспортная система, состоящая из железнодорожного пути и необходимых для ее нормального функционирования зданий и сооружений.

Инженер путей сообщения – строитель должен уметь выполнять работы как по эксплуатации, ремонту и реконструкции существующих железных дорог, так и по проектированию и строительству новых линий. При решении указанных задач он сталкивается с вопросами проектирования земляного полотна, верхнего строения пути, размещения станций и необходимых хозяйств на проектируемом участке, а также возведения предлагаемых к строительству зданий и сооружений.

Такой круг вопросов требует от инженера знаний не только специальных дисциплин, но и основ архитектуры, методов проектирования зданий и сооружений железнодорожного назначения, расчета и конструирования строительных конструкций.

1. Задание на курсовой проект

Составить проект несущих конструкций многоэтажного промышленного здания с неполным каркасом (рис. 1).

Рис. 1. Схема здания (план и разрез)

Исходные данные для компоновки конструктивной схемы здания

Длина здания – 36 м;

Ширина здания -12 м;

Высота этажа – 4,0 м;

Количество этажей – 6.

Исходные данные для расчета несущих конструкций

Вес пола – 0,9 кН/ м2;

Длительная полезная нагрузка – 12,0 кН/ м2;

Кратковременная полезная нагрузка – 2,0 кН/ м2;

Условное расчетное давление на грунт -0,2 МПа.

Материалы:

Бетон – В25;

Арматура – АIV.

Вес плиты Gp=2,50 кН/м2;

- коэффициент условий работы бетона;

- коэффициент надежности по назначению здания.

2. Компоновка сборного перекрытия

В курсовом проекте следует запроектировать основные конструкции многоэтажного здания с несущими наружными стенами из кирпича. При такой конструкционной схеме горизонтальные нагрузки воспринимаются наружными стенами, а вертикальные - несущими железобетонными конструкциями (рамой).

Компоновку сборного перекрытия следует начинать с "разбивки" сетки колонн и привязки наружных стен к осям.

В исходных данных курсового проекта ширина и длина здания по методическим соображениям приняты с отклонениями от стандартных размеров, но выбраны таким образом, чтобы шаги колонн могли быть приняты, в крайнем случае, кратным основному модулю (100 мм).

Компоновка сборного перекрытия заключается:

в выборе направления ригелей и формы их поперечного сечения;

в выборе типа панели перекрытия и её номинальной ширины.

Расположение ригелей может быть как в продольном, так и в поперечном направлении. Выбор их направления диктуется архитектурными, конструктивными, технологическими и экономическими соображениями. При этом следует помнить, что поперечное расположение ригелей повышает жесткость здания в поперечном направлении, а продольное приводит к уменьшению монтажных единиц, улучшает освещенность здания и т.д.

Форма поперечного сечения ригеля зависит от способа опирания на него панелей перекрытия. Если они укладываются по верху ригелей (рис.2,а), то сечение его принимается прямоугольным, ориентировочной высотой hр≈cм, а ширина вр=(0,35 – 0,5)·h= 0,5∙50=25 см, но не менее 200мм. Здесь – пролет ригеля.

При опирании панелей в пределах высоты ригеля их сечения могут иметь форму тавра (рис.2,б,в), шириной 200 – 300мм.

Высота ригеля таврового сечения принимается по аналогии с прямоугольным.

Рис. 2 - Форма поперечного сечения ригеля

Принимаем ширину ребристой плиты B=1,4м.

Колонны имеют размеры 400х400 мм.

Наружные стены-51 см (2 кирпича).

3. Расчёт плиты перекрытия

3.1 Поперечное сечение плиты

Ширина плиты В назначена при компоновке конструктивной схемы. Остальные размеры следует назначить исходя из представленных на рис. 3 значений.

Рис. 3 - Поперечное сечение плиты Рис. 4. Расчётное сопротивление сечения

3.2 Сбор нагрузок

Нагрузки на 1 м2 перекрытия

Таблица 1

qn=gnn+Gnn+Pn; gn = qn + Vn; q = gn + Gn + P; g = q +V

3.3 Статический расчёт плиты

Статический, расчёт плиты заключается в определении усилий: изгибающих моментов и поперечных сил в сечениях панели.

Расчётная схема плиты принимается как для свободно опёртой балки, загруженной равномерно-распределённой нагрузкой (рис. 4).

q

Рис. 4 - Расчётная схема плиты: l2- пролет плиты; вр - ширина ригеля

Для расчёта плиты по первой и второй группам предельных состояний требуется вычислить следующие значения изгибающих моментов и поперечных сил.

Изгибающий момент от полной расчётной нагрузки

Изгибающий момент от полной нормативной нагрузки

Изгибающий момент от постоянной и длительной нагрузки

где В – ширина плиты в метрах, переводит нагрузку от 1 м2 в нагрузку на 1 пог. м. длины плиты,

γn – коэффициент надёжности по назначению, γn = 0,95.

,

.

Поперечная сила от полной расчётной нагрузки

3.4 Расчёт плиты по предельным состояниям первой группы

3.4.1 Данные для расчёта

Для выполнения расчётов по предельным состояниям первой и второй групп требуются следующие характеристики материалов:

Rв и Rв, ser - расчётные сопротивления бетона осевому сжатию для предельных состояний, соответственно, первой и второй группы Rв =14,5 МПа, Rв, ser = 11,5 МПа;

Rвt и Rвt, ser - расчётное сопротивление бетона осевому растяжению для предельных состояний, соответственно, первой и второй группы Rвt=1,05 МПа и Rвt, ser = 0,9 МПа;

Rs и Rsw - расчётное сопротивление растяжению, соответственно, продольной и поперечной арматуры Rs =510 МПа Rsw=400 МПа.

Указанные характеристики бетона и арматуры принимаются в зависимости от класса бетона и арматуры.

3.4.2 Расчёт прочности нормальных сечений

Расчётом прочности нормальных сечений определяются диаметр и количество продольной рабочей арматуры в самом напряжённом сечении - в середине плиты. Расчётным поперечным сечением плиты является тавровое сечение с полкой, расположенной в сжатой зоне. При h’f /h≥0,1 в расчёт вводится вся полка.

В зависимости от положения нейтральной оси существуют два случая расчёта тавровых сечений (см. рис. 5):

случай - когда нейтральная ось проходит в пределах полки;

случай - когда нейтральная ось проходит в пределах ребра.

Рис. 5 - Расчетная схема сечения

Если

(1)

то имеет место первый случай и расчёт ведётся как прямоугольного сечения с шириной .

В формуле (1) где (см).

(см).

120,69 кНм444,44 кНм. Условие выполняется.

При расчёте по первой и второй группам предельных состояний рекомендуется использовать следующие единицы измерения:

М – Н∙см; Rв и Rs - = МПа∙100.

Размеры поперечного сечения – см.

Требуемая площадь продольной арматуры определяется в следующей последовательности.

Вычисляется коэффициент:

(2)

Подбираем коэффициенты ξ =0,05 и η = 0,975.

Проверяют условие: (3)

(4)

МПа.

=0,06.

0,05≤0,06- условие выполняется.

Определяем требуемую площадь рабочей арматуры:

(5)

По сортаменту назначаем диаметр и количество продольной рабочей арматуры. Принимаем 2 стержня Ш 22 с Аs = 7,6 (см2).

3.4.3 Расчет плиты на действие поперечной силы

Прочность наклонных сечений плиты на действие поперечной силы обеспечивается постановкой в её рёбрах поперечной арматуры (хомутов). Расчёт ведётся в следующей последовательности:

Из условия свариваемости назначается диаметр поперечной арматуры dsw.

По диаметру и количеству поперечных стержней в сечении определяется площадь поперечной арматуры.

мм,

Asw = n∙fsw,

где n – количество каркасов в плите;

fsw – площадь одного поперечного стержня.

Asw = 1,01 см2,

По конструктивным условиям назначается шаг поперечных стержней S:

- если высота плиты h ≤ 450 мм., то но не менее 150 мм,

- если высота плиты h > 450мм., то , но не более 500 мм.

Т.к. h =400 мм, то

Принимаем S = 10 (см).

Определяют усилия в хомутах на единицу длины элемента:

Принимаю в качестве поперечной арматуры класс А I с Rsw = 175 МПа.

Проверяем условие:

,

где φв3 – коэффициент, зависящий от вида бетона (φв3 = 0,6),

φf – коэффициент, учитывающий влияние сжатых полок в тавровых и двутавровых сечениях.

, φf<0,5.

1,24, т.к. 1,24>0,5, то φf=0,5.

Определяем длину проекции опасной наклонной трещины на продольную ось элемента

но Со ≤ 2ho и Со ≤ С, а так же не менее ho, если С > ho.

66≤201, условие выполняется;

66≤2∙35=70, условие выполняется;

187,87 >35, условие выполняется.

φв2 – коэффициент, учитывающий влияние вида бетона (φв2 = 2).

Значение С следует определять по формуле:

,

где Q – поперечная сила от расчётной нагрузки.

7. Вычисляем поперечную силу, воспринимаемую хомутами: